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CORRIENTE ALTERNA:
Hasta ahora solo hemos hablado de la "corriente continua", que es el paso de electrones a través
de un cuerpo, siempre en el mismo sentido y en la misma cantidad, es decir, manteniéndose
constante la dirección y el valor de la intensidad.Sin embargo, no todas las corrientes eléctricas son de este tipo, como sucede con la que
suministran a casas e industrias las empresas generadoras y distribuidoras de electricidad. La que
tenemos en nuestros domicilio es "corriente alterna" y sus características son totalmente diferentes
a las de las corriente continua que conocemos.La razón por la que nos llega esta corriente alterna, que explicaremos a continuación, se debe a la
conveniencia de las compañías distribuidoras. Normalmente, el centro productor de electricidad es
hidráulico y estará emplazado en una gran presa de agua y si es térmico o nuclear, cerca del mar o
de un gran río por las necesidades que tienen de agua, pero siempre a bastantes kilómetros de los
centros consumidores.Se desprende que la instalación de las redes que transportan la electricidad, de donde se produce a
donde se consume, son muy largas y, dadas las grandes potencias que se precisan en la
actualidad, el grosor de los cables de dichos tendidos es grande, lo que origina un costo enorme en
cobre y en obras de ingenería para la sustentación de los postes y torres metálicas que soportan
los mencionados cables.Cuanto menor es la intensidad que pasa por los tendidos que transportan la energía
eléctrica, se obtiene una doble economía:
1º- El diámetro de los cables es menor y también el peso total.2º- El calor que se disipa en dicho transporte también se reduce por ser proporcional a I2 .
R.Por estas razones, las compañías suministradoras tratan de llevar la potencia que se le solicita
hasta el usuario, haciendo pasar la mínima intensidad por los cables del recorrido.Si desearamos transportar 1 W por una línea cuya tensión es 1 V, la intensidad necesaria es 1 A.
En cambio, si la línea estuviese a una tensión de 2 V, la intensidad precisa sería solo de 0,5 A.Modernamente hay líneas cuya tensión supera el millón de voltios, con lo que se reduce
notablemente la intensidad, pero con tan elevadas tensiones no se puede entregar la energía al
consumidor por el peligro que entraña. De aquí el interés de la corriente alterna. "Los
transformadores, que sólo funcionan con corriente alterna y apenas consumen energía, puede
elevar y reducir la tensión a los niveles que nos interese".Al incoveniente tradicional de las caídas de tensión y pérdida de potencia en las líneas de
transmisión, propias de la C.C., actualmente, hay que añadir la necesidad de disponer de diferentes
tensiones, aún dentro de un mismo aparato electrónico. Así, pueden encontrarse equipos
electrónicos cuyos circuitos están alimentados con 24 V, 12 V, 5 V.Con la C.A. resulta sencillo y económico obtener diferentes tensiones mediante el empleo de
transformadores. Estas tensiones de C.A., se convierten posteriormente, en C.C., con la ayuda de
dispositivos rectificadores. Modificar los valores de las tensiones continuas resulta notablemente
más caro y engorroso, aparte que esta operación está restringida a potencias reducidas.El interés de la C.A. está en que con ella funcionan los transformadores. Con los que se puede
elevar y reducir la tensión, cosa imposible de realizar, tan fácilmente con la C.C.En la actualidad se genera y distribuye sólo corriente alterna en la mayor parte del mundo.En C.A. la tensión e intensidad, partiendo de un valor nulo aumentan hasta llegar a un
máximo, luego disminuyen, se anulan nuevamente y, entonces con polaridad o sentido
contrario, llegan a un máximo, igual que el anterior, volviendo a disminuir hasta anularse,
repitiendo este proceso indefinidamente.En la figura se representa un generador de tensión de corriente alterna.-
A continuación en una serie de valores obtenidos de
C.A. de acuerdo al tiempo al cabo de 1 / 1000 segundos:
Tiempo = 0
Salida = 0 V
Tiempo = 1 / 1000 seg
Salida = 2 V
Tiempo = 2 / 1000 seg
Salida = 5 V
Tiempo = 3 / 1000 seg
Salida = 2 V
Tiempo = 4 / 1000 seg
Salida = 0 V
Tiempo = 5 / 1000 seg
Salida = - 2 V
Tiempo = 6 / 1000 seg
Salida = - 5 V
Tiempo = 7 / 1000 seg
Salida = - 2 V
Tiempo = 8 / 1000 seg
Salida = 0 V
Como se observa en la figura la diferencia entre las tensiones representadas encima del eje
horizontal y las trazadas por debajo, indican el cambio de los polos del generador.Supongamos que conectamos al generador mencionado un elemento cuya resistencia sea de 1
Mientras los polos se mantengan en el generador en una posición, la intensidad circulará en un
sentido, pero, al cambiar, también lo hará el sentido de la intensidad, como muestran las figuras.-
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Además de cambiar el sentido
de la intensidad, se altera el valor continuamente, pues ya sabemos, según la Ley de Ohm, que I =
V / R y como V cambia de valor y R = 1 , I también variará, siendo su valor en este caso igual al
del voltaje.I=V/R=V/1=V
Luego en el circuito que estudiamos, y teniendo en cuenta que su resistencia vale 1 Ohm, los
valores y sentidos de V e I coinciden, con la figura.-
Como se comprende fácilmente,
de la aplicación de la Ley de Ohm, si la resistencia del circuito hubiese sido de 2 ,
I = V / R = V / 2 valdría siempre la mitad del voltaje. Si R = 5, I sería la quinta parte del voltaje, etc.Esta forma que tiene la variación del voltaje y la intensidad la representa una curva que se llama
senoidal.-
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CICLO:
Se llama así a la parte de la curva que se repite constantemente.Un ciclo está formado por dos semiciclos iguales, que para distinguirlos entre sí se llaman positivo y
negativo.-
Téngase en cuenta que
tanto el semiciclo positivo como el negativo, alcanzan el mismo valor máximo absoluto.Un ciclo tiene 360º; medio ciclo o un semiciclo 180º, un cuarto de ciclo 90º, etc.-
FRECUENCIA:
La frecuencia de una corriente alterna es el número de ciclos que hay en un segundo.En Argentina la frecuencia de la C.A: que se distribuye es de 50 ciclos por segundo, o 50 Hercios,
que se simbolizan por 50 Hz.-
PERIODO:
Es el tiempo T que dura un ciclo.Si por ejemplo, la frecuencia es de 50 Hz, un ciclo durará 1 / 50 segundos. La frecuencia y el
período están relacionados por la siguiente fórmula:
f=1/T
T=1/f
VALOR MAXIMO DE UNA CORRIENTE ALTERNA:
Es el mayor valor que se alcanza durante cada ciclo de esa corriente alterna.-
VALOR EFICAZ DE UNA CORRIENTE ALTERNA:
Supongamos que una C.A. circula por una determinada resistencia, en la que se desarrolla la
misma potencia (cantidad de calor desprendido por segundo) que una C.C. de 3 A. Este valor
eficaz, obtenido por comparación de una C.C. de efectos equivalentes, es el que se toma siempre
en la práctica para definir a una C.A.Valor eficaz de una C.A. es el que equivale a uno de C.C., que desarrolla la misma potencia.-
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Para calcular el valor eficaz, conociendo el máximo, se aplica la siguiente fórmula:
I = Imax / 1,41
V = Vmax / 1,41
NOTA: cuando nos referimos al valor eficaz, no hace falta decir que es el valor eficaz porque se
sobreentiende. Luego cuando en C.A. nada se diga de una magnitud, se dará por entendido que se
trata del valor eficaz.Conociendo el valor eficaz; el máximo se calcula con las siguientes fórmulas:
Imax = I . 1,41
Vmax = V . 1,41
El valor medio de una C.A. es el 63,7% del valor máximo.-
COMPARACION DE DOS C.A.:
Al comparar dos corrientes alternas no solo hay que tener en cuenta su magnitud, que se expresa
generalmente en valor eficaz, sino también el adelanto o retraso de fase que una tiene con la otra.-
Las
alternas representadas en la figura se diferencian:
1º- El voltaje eficaz de la mayor es de 100 V y el de la menor 10 V.2º- La tensión alterna de 10 V está retrasada 90º con respecto a la de 100 V.-
dos
corrientes
MAGNITUDES Y VALORES CARACTERISTICOS:
La energía eléctrica que se genera en las centrales eléctricas, que se transporta y que
posteriormente se consume, está constituida por señales de tensión y de corriente alterna cuyos
valores están variando continuamente, pasando de ser positivos a negativos cada cierto tiempo.La forma de estas señales es debida a la arquitectura de las máquinas que las producen
denominadas alternadores, formados por una parte fija llamada estator y una parte movil que se
conoce como rotor. Ambas partes están constituidas, a su vez, por bobinas de hilo conductor
arrolladas sobre núcleos magnéticos. Normalmente, el rotor gira dentro del campo magnético
generado por el estator, y el valor de la tensión que se induce en aquél, en cada instante, depende
de la posición de la bobina respecto del plano horizontal, es decir, la fuerza electromotriz inducida
es función del seno del ángulo tal como se muestra en la figura.El desplazamiento angular de la bobina respecto del eje horizontal, como ya hemos indicado, es 
(alfa).La velocidad angular de la bobina, denominada también pulsación, la representamos con la letra
griega  (omega).El tiempo que tarda la bobina en recorrer un ángulo a una velocidad es t.La relación entre estas tres magnitudes, según las ecuaciones del movimiento circular, es la
siguiente:
/ t ;
t
El período T es el tiempo que abarca una onda completa de la señal alterna de la figura anterior. Si
la máquina que la genera es como la representada en la figura es decir, con un par de polos
magnéticos exclusivamente, se corresponde con el tiempo que tarda la bobina del rotor en dar una
vuelta completa. Expresando el ángulo en radianes el período será:
T = 2 


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
El período se mide en segundos.Despejando el valor de la pulsación de la expresión anterior obtendremos:  = 2  / T
de donde se deduce que  se mide en radianes/segundos.La frecuencia f es el número de ciclos que se producen en un segundo. Es la magnitud inversa al
período: f = 1 / T
Sus unidades son el ciclo/segundo, denominado hercio (Hz).La relación entre la frecuencia y la pulsación es la siguiente:
f= 1
 2f
2 

Cuando se representa una señal alterma en un sistemas de ejes ortogonales, es posible expresar
el valor de la tensión o corriente en función del tiempo o del ángulo, en el eje de abcisas se podrá
poner t o .VALORES DE UNA SEÑAL ALTERNA:
Una señal alterna se puede expresar de diferentes formas. Los valores típicos son: el valor
instantáneo, el máximo, el medio y el eficaz.El valor instantáneo e o i es el que tiene la tensión o la corriente alterna para cada valor de t o de
. En la figura aparece representado un período completo de las señales alternas con todos los
posibles valores instantáneos que pueden tomar. Como se puede observar, el período se divide en
dos mitades, una positiva y otra negativa, denominada semiperíodos.-
Las expresiones de los valores instantáneos son
las siguientes:
e = Emax Sen t = Emax Sen 
i = Imax Sen t = Imax Sen 
Otro valor característico de la corriente alterna es el máximo Emax. Estos puntos coinciden con la
cresta (máximo) y con el valle (mínimo) situados en t = T / 4 o y en t = 3 T / 4 o .El valor medio de una señal alterna es la media aritmética de todos los valores instantáneos
comprendidos en un determinado intervalo: por tanto, el valor medio de un período completo es
cero, ya que la señal en el semiperíodo positivo es idéntica que en el semiperíodo positivo, pero de
signo contrario. Sin embargo, si toda la señal se encuentra en el cuadrante positivo, tal como, se
muestra en la figura, el valor medio viene dado por la linea que determina la igualdad entre las
superficies sombreadas con diferentes tonalidad.Mediante cálculo matemático, se obtienen los siguientes valores medios de la tensión y de la
corriente de señales, como los de la figura:
Emed = 2 Emax / Imed = 2 Imax / 
Si la señal es como la de la figura, es decir una
onda senoidal a la cual se le han eliminado los semiperíodos negativos, los valores medios son la
mitad que los indicados en el caso anterior:
Emed = Emax / Imed = Imax / 
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El valor eficaz de una señal alterna senoidal
se define como el equivalente al de una señal (de corriente o tensión) constante, cuando aplicadas
ambas señales a una misma resistencia durante un período igual de tiempo desarrollan la misma
cantidad de calor.Es posible deducir la tensión y la corriente eficaz y obtener los siguientes valores:
Eef = Emax / 2
Ief = Imax / 2
En la figura se muestra el
proceso gráfico mediante el cual se deduce el valor eficaz. En primer lugar los valores instantáneos
se elevan al cuadrado; posteriormente se traza el valor medio de la señal resultante; aplicando la
raiz cuadrada se obtiene el valor eficaz.CIRCUITOS DE CORRIENTE ALTERNA CON ELEMENTOS PASIVOS:
CIRCUITOS CON RESISTENCIA:
En la figura se muestra un circuito formado por un generador de C.A:, cuya fuerza electromotriz
está representada por el valor eficaz E que alimenta a una resistencia R. La corriente que circula
por el circuito tiene la misma forma que la tensión del generador; los valores máximos y los cortes
con el eje de abscisas coinciden en ambos casos.La Ley de Ohm es aplicable a los valores instantáneos, a los valores máximos y también a los
valores eficaces. En este último caso se cumple la siguiente relación:
E=RxI
Con el fin de simplificar, a partir de este
apartado representaremos los valores eficaces con letras mayúsculas sin el subíndice ef.CIRCUITOS CON AUTOINDUCCION:
El circuito de la figura está constituido por una autoinducción y un generador de C.A.- La corriente
por el circuito, como en el caso anterior, tiene la misma forma que la fuerza electromotriz del
generador; sin embargo, ahora existe un desfasaje entre ambas. Se dice que la tensión está
adelantada 90º respecto de la corriente.-
Se puede demostrar que la
relación entre la tensión y la corriente es la siguiente: E = L I
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El producto L se denomina reactancia inductiva XL y se mide en OHMIOS.-
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La tensión y la corriente se consideran magnitudes vectoriales. Para indicar el desfase entre ambas
se utiliza la notación compleja E = j L I
CIRCUITOS CON CAPACIDAD:
En la figura se muestra un circuito con una capacidad conectada a un generador de C.A. La
tensión, que es la misma que la diferencia de potencial entre los extremos del condensador, se
encuentra retrasada 90º respecto de la corriente.-
La relación entre la tensión y la
corriente es en este caso:
E = I / C
La expresión (1 /  C) se denomina reactancia capacitiva Xc y también se mide en OHMIOS.El desfasaje entre la tensión y la corriente se indica de la siguiente manera:
E=-jI/C
CALCULO DE CIRCUITOS CON AUTOINDUCCION Y RESISTENCIAS:
El circuito de la figura está formado por una resistencia en serie con una autoinducción. El valor de
la reactancia inductiva es XL =  L.-
El conjunto de la resistencia y la autoinducción constituyen la
impedancia, que utilizando notación compleja, se puede representar de la siguiente forma:
Z = R + j L
El módulo de la impedancia será:
Z = ( R2 + ( L)2 )
El ángulo de desfasaje respecto al eje real será: = arc Tg (  L / R )
Los valores eficaces de la corriente por el circuito y las diferencias de potenciales en la resistencia y
en la autoinducción valdrán:
I=E/Z
VR = R I
VL = j  L I
CALCULO DE CIRCUITOS CON CAPACIDAD Y RESISTENCIA:
En la figura se muestra un condensador en serie con una resistencia. En este caso la reactancia
capacitiva y su valor es: XC = 1 / (C)
La impedancia será:
Z = R - j / ( C )
Módulo: Z = ( R2 + ( 1 /  C)2
Angulo de desfasaje: = arc Tg ( - 1 / ( C R) )
Los valores de la corriente y de las tensiones en los distintos elementos serán:
I=E/Z
VR = R I
VC = - j ( I /  C )
CALCULO DE CIRCUITOS CON R, L Y C:
El circuito de la figura contiene los tres elementos pasivos, resistencia, bobina y capacitor. El valor
de la reactancia será en este caso, la diferencia entre la inductiva y la capacitiva: XT = XL - XC
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El valor de la impedancia será: Z = R + j XT = R + j ( L - (1 / 
C) )
Módulo: Z =  (R2 + (  L - (1 / C) )2
Angulo de desfasaje: arc Tg ( (  L - ( 1 / C) ) / R ) )
Los valores de la corriente y de las distintas diferencias de potencial son:
I=E/Z
VR = R I
VL = j L I
VC = - j I /  C
DIAGRAMA VECTORIAL:
Todos los valores de la impedancias, intensidades y tensiones de un circuito eléctrico constituido
por generadores de C.A. y elementos pasivos pueden representarse como vectores en un mismo
plano. El diagrama vectorial ofrece una gran ayuda, ya que en él quedan reflejados todos los
valores de los módulos y los desfasajes existentes entre las distintas magnitudes. En la figura se
muestra el diagrama vectorial de las magnitudes.-
Tomando como sentido de giro el contrario al de las agujas
del reloj, se puede comprobar que la diferencia de potencial en la autoinducción está adelantada
90º respecto de la corriente. Por el contrario, la diferencia de potencial en el condensador está
retrasada 90º; en consecuencia, ambas tensiones están desfasadas 180º. La corriente del circuito
está en fase con la diferencia de potencial en la resistencia.También es posible comprobar, mediante suma vectorial, cómo la suma de las diferencias de
potencial en la resistencia, la bobina y el condensador es igual a la fuerza electromotriz del
generador.El diagrama vectorial se puede construir no solamente para casos tan sencillos como el expuesto,
sino para cualquier tipo de circuitos de C.A. formado por generadores y elementos pasivos
conectados de todas las formas posibles.POTENCIA EN CORRIENTES ALTERNAS:
Supongamos un circuito de C.A. donde la corriente y la tensión aplicada se encuentran en
desfasaje tal como muestra la figura.
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La potencia, igual que en C.C. será el producto de la tensión por la corriente, pero en este caso,
debido al comportamiento de los diferentes elementos pasivos, aparecen tres valores de potencia
distintos activa, reactiva y aparente.La potencia activa está representada por el valor medio (Pm), es aquella capaz de convertirse en
otro tipo distinto de energía (térmica, mecánica, ect).La potencia reactiva, llamada también ficticia, es aquella que se necesita para crear campos
eléctricos o magnéticos y que es restituida al circuito al anularse dichos campos.La potencia aparente es la suma vectorial de las otras dos.Es posible demostrar que los valores de los tres tipos de potencia valen:
Potencia activa: Pa = E I Cos 
Potencia reactiva: Pr = E I Sen 
Potencia aparente: P = E I
En todas estas expresiones E e I son los valores eficaces de la tensión y de la corriente y  el
ángulo de desfasaje entre ambas magnitudes.La potencia aparente se mide en voltio-amperes (VA), la potencia activa (W) y la potencia reactiva
en voltio-amperes reactivos (VAR)
La relación entre la potencia activa y la potencia aparente se conoce como factor de potencia y se
representa por Cos : Cos  = Pa / P
En la figura se muestra los valores instantáneos y medios de la potencia para tres ángulos de
desfasajes entre la tensión y la corriente. En el primer caso el ángulo  vale cero, lo cual indica que
el receptor es una resistencia pura.El valor de la potencia reactiva es cero y la potencia activa es igual a la aparente (Pa = P = E I).En el tercer caso = 90º, la potencia activa vale cero y la reactiva coincide con la aparente (Pr = P =
E I). La potencia media Pm vale cero, pero será necesario tener en cuenta el valor de la potencia
reactiva para definir la sección de los conductores que interconectan los diferentes elementos que
constituyen el circuito, ya que aunque no hay en este caso transformación de energía, sí que existe
un intercambio permanente entre el generador y el receptor y, por tanto, un paso de corriente por
los conductores.-
El
segundo caso es el más general, el valor de  está comprendido entre 0 y 90º. La potencia activa
coincide con el valor medio de la onda de potencia y se puede obtener multiplicando la tensión E
por la componente real de la corriente (Pa = E Ia) y la potencia reactiva multiplicando E por la
componente imaginaria o corriente reactiva:
(Pr = E Ir).RESONANCIA SERIE:
Siempre es posible, mediante las trasformaciones oportunas, convertir o reducir cualquier red de
C.A. a un circuito sencillo formado por una resistencia, una autoinducción y una capacidad
conectadas en serie.La intensidad por el circuito será: I = E / Z = E / (R + j (L - (1 / C)) )
El módulo y el ángulo de retraso de la corriente respecto de la tensión E son:
I = E /  (R2 + ( L - (1 / C) )2 )
= arc Tg ( (  L - (1 / C) ) / R )
Supongamos que el valor de la tensión permanece constante y que, por el contrario, la pulsación 
es variable.La impedancia del circuito es mínima (Zo = R) cuando entra en resonancia, es decir, cuando se
igualan las reactancia inductivas y capacitiva o = 1 /  (L C)
fo = o / 2 
fo = 1 / ( 2  (L C) )
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Para esta frecuencia la intensidad es máxima (Io = E / R) y el desfasaje es nulo.-
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En la figura
se muestra la representación gráfica de la corriente (I = f ()) y del desfasaje (= f ()), en función
de la pulsación para diferentes valores de la resistencia del circuito.Cuando el circuito entre en resonancia, la diferencia de potencial en la autoinducción es muy
elevada. Su valor es:
VLO = o L E / R
A la relación Q = o L / R se le denomina factor de calidad o coeficiente de sobretensión.RESONANCIA PARALELO:
Son muy utilizados, sobre todo en osciladores, circuitos como el de la figura, donde una bobina
formada por una autoinducción y una pequeña resistencia en serie se encuentra conectada en
paralelo con un condensador. En este caso también existe una pulsación o una frecuencia de
resonancia.-
Para deducir cuál es el valor de o o fo
transformaremos el circuito paralelo en un circuito serie como el la figura.La impedancia equivalente será:
( R + j  L ) ( - J /  C)
Z = ----------------------------------------R + j L - ( j /  C)
Realizando las transformaciones adecuadas la expresión anterior se puede escribir:
(L R / C) - (R /  C) (  L - ( 1 /  C)
(L /  C2) - ( L2  / C) - (R2 /  C)
Z = -------------------------------------------------------------------- + j -----------------------------------------------------R2 + (  L - ( 1 /  C) )2
R2 + ( L - ( 1 / ( C)) )2
Para frecuencias próximas a la de resonancia el término (R2 /  C) de la parte imaginaria es muy
pequeño frente a (L2 C), y por tanto, se puede despreciar.A la frecuencia de resonancia, en un circuito serie, se igualan los valores de las reactancias
inductivas ((L /  C2 )/D)
y capacitiva ( (L2  / C) / D ). En estas dos últimas expresiones, D = R2 + ( L - (1 /  C) )2
( L / (  C2) ) = ( L2 C )
Dividiendo los dos miembros por L / C:
1 / o C = o L
o = 1 /  ( L C)
fo = 1 / (2  (L C) )
Estas expresiones son idénticas que en el caso de resonancia serie: el valor de Zo será:
Zo = L / ( R C)
La corriente Io = E R C / L y VCO = VLO en el circuito serie equivalente será:
VCO = o L E / R
Por último, el factor de calidad es Q = o L / R, que, como podemos comprobar tiene la misma
forma que en un circuito resonante serie.-